La eficiencia de unantenaSe refiere a la capacidad de la antena para convertir la energía eléctrica de entrada en energía radiada. En las comunicaciones inalámbricas, la eficiencia de la antena tiene un impacto importante en la calidad de la transmisión de la señal y el consumo de energía.
La eficiencia de la antena se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
Eficiencia = (Potencia radiada / Potencia de entrada) * 100%
Entre ellas, la potencia radiada es la energía electromagnética que emite la antena, y la potencia de entrada es la energía eléctrica que llega a la antena.
La eficiencia de una antena se ve afectada por muchos factores, como el diseño, el material, el tamaño, la frecuencia de funcionamiento, etc. En general, cuanto mayor sea la eficiencia de la antena, más eficazmente podrá convertir la energía eléctrica de entrada en energía radiada, mejorando así la calidad de la transmisión de la señal y reduciendo el consumo de energía.
Por lo tanto, la eficiencia es un factor importante a la hora de diseñar y seleccionar antenas, especialmente en aplicaciones que requieren transmisión a larga distancia o que tienen requisitos estrictos en cuanto al consumo de energía.
1. Eficiencia de la antena
Figura 1
El concepto de eficiencia de la antena se puede definir utilizando la Figura 1.
La eficiencia total de la antena e0 se utiliza para calcular las pérdidas de la antena en la entrada y dentro de la estructura de la antena. Como se muestra en la Figura 1(b), estas pérdidas pueden deberse a:
1. Reflexiones debidas a la desadaptación entre la línea de transmisión y la antena;
2. Pérdidas del conductor y del dieléctrico.
La eficiencia total de la antena se puede obtener mediante la siguiente fórmula:
Es decir, la eficiencia total es igual al producto de la eficiencia de desajuste, la eficiencia del conductor y la eficiencia dieléctrica.
Generalmente es muy difícil calcular la eficiencia del conductor y la eficiencia dieléctrica, pero se pueden determinar experimentalmente. Sin embargo, los experimentos no permiten distinguir entre las dos pérdidas, por lo que la fórmula anterior se puede reescribir como:
ECD es la eficiencia de radiación de la antena y Γ es el coeficiente de reflexión.
2. Ganancia y Ganancia Realizada
Otra métrica útil para describir el rendimiento de una antena es la ganancia. Si bien la ganancia de una antena está estrechamente relacionada con la directividad, es un parámetro que considera tanto la eficiencia como la directividad de la antena. La directividad es un parámetro que describe únicamente las características direccionales de una antena, por lo que se determina solo por el diagrama de radiación.
La ganancia de una antena en una dirección específica se define como "4π veces la relación entre la intensidad de radiación en esa dirección y la potencia de entrada total". Cuando no se especifica ninguna dirección, generalmente se toma la ganancia en la dirección de máxima radiación. Por lo tanto, generalmente se cumple que:
En general, se refiere a la ganancia relativa, que se define como "la relación entre la ganancia de potencia en una dirección específica y la potencia de una antena de referencia en una dirección de referencia". La potencia de entrada a esta antena debe ser igual. La antena de referencia puede ser un vibrador, una bocina u otra antena. En la mayoría de los casos, se utiliza una fuente puntual no direccional como antena de referencia. Por lo tanto:
La relación entre la potencia total radiada y la potencia total de entrada es la siguiente:
Según la norma IEEE, "la ganancia no incluye las pérdidas debidas al desajuste de impedancia (pérdida por reflexión) ni al desajuste de polarización (pérdida)". Existen dos conceptos de ganancia: uno denominado ganancia (G) y otro denominado ganancia alcanzable (Gre), que tiene en cuenta las pérdidas por reflexión/desajuste.
La relación entre ganancia y directividad es:
Si la antena está perfectamente adaptada a la línea de transmisión, es decir, la impedancia de entrada de la antena Zin es igual a la impedancia característica Zc de la línea (|Γ| = 0), entonces la ganancia y la ganancia alcanzable son iguales (Gre = G).
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Fecha de publicación: 14 de junio de 2024
